多传感器信息融合基本原理及应用
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多传感器信息融合基本原理及应用
一、引言传统的信号采集往往由单一的传感器来完成，即使采用多个（种）传感器也仅是从多个侧面孤立地反映目标信息。实际上，在大多数情况下，必须同时处理多个信号，而这些信号一般又来自多个信号源，即多传感器。但是多传感器也带来了信息冗余甚至矛盾。所以必须通过对各种传感器及其观测信息的合理支配与使用，将其采集的信息依据某种优化准则组合，产生对观测环境一致性的解释和描述，因此迫切要求对信息进一步处理。“”就是对多传感器的数据进行多级别、多方面、多层次的处理，即组合或融合来自多个传感器或其他信息源的数据，以获得综合的、更好的估计。目前国内在多传感器融合方面的研究尚处于初始阶段，对这方面系统介绍的文献也相对较少，多传感器融合是一个复杂的信息处理过程，所要研究的问题多，而且解决问题的方法也很多，因此有必要对目前的研究情况进行系统的介绍。二、基本概念及优越性由于的定义都是功能性的描述，美国国防部JDL从军事应用的角度将数据融合进行定义，Waltz和Llinas对其进行了补充和修改，给出了较完整的定义：一种多层次的、多方面的处理过程，这个过程是对多源数据进行检测、结合、相关、估计和组合以达到精确的状态估计和身份估计，以及完整及时的态势评估和威胁估计。近年来信息融合技术在基本理论和实现方法上得到极大的完善，显示出自身极大的优越性，主要表现在：容错性好；系统精度高；信息处理速度块；互补性强；信息获取成本低等方面。三、数据融合技术的理论方法数据融合的关键问题是模型设计和融合算法，数据融合模型主要包括功能模型、结构模型和数学模型。功能模型从融合过程出发，描述数据融合包括哪些主要功能和数据库，以及进行数据融合时系统各组成部分之间的相互作用过程；结构模型从数据融合的组成出发，说明数据融合系统的软、硬件组成，相关数据流、系统与外部环境的人机界面；数学模型是数据融合的算法和综合逻辑，算法主要包括分布检测、空间融合、属性融合、态势评估和威胁估计算法等，下面从3个方面分别进行介绍。1）信息融合的功能模型目前已有很多学者从不同角度提出了信息融合系统的一般功能模型，最有权威性的是DFS（美国三军政府组织-实验室理事联席会（JDL）下面的C3I技术委员会（TPC3）数据融合专家组）提出的功能模型。该模型把数据融合分为3级。第1级是单源或多源处理，主要是数字处理、跟踪相关和关联；第2级是评估目标估计的集合，及它们彼此和背景的关系来评估整个情况；第3级用一个系统的先验目标集合来检验评估的情况。其简化模型如图1所示。2）信息融合的结构模型数据融合的结构模有多种不同的分类方法，其中一种分类标准是根据传感器数据在送人融合处理中心之前已经处理的程度来进行分类。在这种分类标准下，融合结构被分为传感器级数据融合，中央级数据融合及混合式融合，还可以根据数据处理过程的分辨率来对融合结构进行分类。在这种情况下，融合结构为像素级、特征级和决策级融合。3）多传感器信息融合实现的数学模型信息融合的方法涉及到多方面的理论和技术，如信号处理、估计理论、不确定性理论、模式识别、最优化技术、模糊数学和神经网络等这方面国外已经做了大量的研究。目前，这些方法大致分为两类：随机类方法和人工智能方法。①随机类方法这类方法研究对象是随机的，在多传感器信息融合中常采用随机类方法包括很多，这里只介绍前3种方法。a．Bayes推理方法把每个传感器看作是一个Bayes估计器，用于将每一个目标各自的关联概率分布综合成一个联合后验分布函数，然后随观测值的到来，不断更新假设的该联合分布似然函数，并通过该似然函数的极大或极小进行信息的最后融合。虽然Bayes推理法解决了传统的推理方法的某些缺点，但是定义先验似然函数比较困难，要求对立的假设彼此不相容，无法分配总的不确定性，因此，Bayes推理法具有很大的局限性。b．Dempster-Shafer的证据理论是一种广义的Bayes推理方法，它是通过集合表示命题，把对命题的不确定性描述转化为对集合的不确定性描述，利用概率分配函数、信任函数、似然函数来描述客观证据对命题的支持程度，用它们之间的推理与运算来进行目标识别。D-S证据理论可以不需要先验概率和条件概率密度，并且能将“不知道”和“不确定”区分开来，但是它存在潜在的指数复杂度问题和要求证据是独立的问题。c．Kalman滤波融合算法它利用测量模型的统计特性，递推确定在统计意义下最优的融合数据估计，适合于线性系统的目标跟踪，并且一般适用于平稳的随机过程，它要求系统具有线性的动力学模型，且系统噪声和传感器噪声是高斯分布白噪声模型，并且计算量大，对出错数据非常敏感。②人工智能方法近年来，用于多传感器数据融合的计算智能方法有：小波分析理论、模糊集合理论、神经网络、粗集理论和支持向量机等，限于篇幅只介绍小波变换和神经网络方法。a．小波变换是一种新的时频分析方法，它在多信息融合中主要用于图像融合，即是把多个不同模式的图像传感器得到的同一场景的多幅图像，或同一传感器在不同时刻得到的同一场景的多幅图像，合成为一幅图像的过程。经图像融合技术得到的合成图像可以更全面、精确地描述所研究的对象。基于小波变换的图像融合算法为：首先用小波变换将各幅原图像分解，然后基于一定的选择规则，得到各幅图像在各个频率段的决策表，对决策表进行一致性验证得到最终的决策表，在最终决策表的基础上经过一定的融合过程，得到融合后的多分辨表达式，最后经过小波逆变换得到融合图像。b．神经网络方法是在现代神经生物学和认知科学对人类信息处理研究成果的基础上提出的，它有大规模并行处理、连续时间动力学和网络全局作用等特点，将存储体和操作合二为一。利用人工神经网络的高速并行运算能力，可以避开信息融合中建模的过程，从而消除由于模型不符或参数选择不当带来的影响，并实现实时识别。由于神经网络的种类繁多，学习算法多种多样，新的结构和算法层出不穷，使得目前对神经网络数据的研究非常广泛。四、信息融合技术的应用研究最初信息融合技术是为了满足战争的需求，目前军事领域仍是信息融合的最大应用领域，发展也最快，主要应用在预警系统、武器系统的指挥和控制、情报保障系统、军事力量的评估和指挥系统以及天地一体化信息融合系统。随着各种传感器技术和电子芯片的发展，信息融合技术在民用方面也得到了广泛的发展，下面详细介绍数据融合在智能、和方面的应用。①信息融合在研究领域中的应用技术是一门综合技术，集光机电液信于一身，多感觉传感器系统与机器人相结合，形成感觉机器人和智能机器人。机器人演奏、机器人足球比赛、机器人摔跤等需要高度信息融合技术，工业机器人则成为典型的多传感器集成和融合系统，这里主要介绍信息融合技术在移动机器人和工业机器人方面的应用。如何精确地获得自身的位置并由此规划运动路径，是自主式移动机器人研究领域中一直得到关注的问题。轮式移动机器人由于轮子打滑及测量模型噪声等原因，存在累计误差问题。为了进一步提高移动机器人的定位精度，文献[15]采用扩展Kalman滤波对这两种传感器信息进行融合，即通过激光扫描器提供的信息不断修正光电编码器的定位信息，提高了定位精度。工业机器人在工业系统中主要完成物料搬运、制造、装配、检测等，现已有一些较为成熟的应用例子，如Hitachi公司研制的应用于电子产品装配线上的工业机器人将三维视觉传感器和力传感器测出的数据进行融合。Georgia理工学院研制的机器人融合视觉和触觉传感器的信息。还有Groen等人研制的用于机械产品装配生产线上、Smith和Nitan等人研制的用于产品包装、Kremers等人研制的适用于加工制造业的一些工业机器人。2）信息融合技术在领域中的应用基于信息融合的方法，是通过多传感器获取设备状态的特征信号，并进行多层关联组合、数据选择，从而获得对诊断对象故障信息更可靠的认识和对潜在故障发展趋势的态势评估。文献[16]针对某泵压式供应系统液体火箭发动机的泄漏故障，利用系统故障症状的分散性，提出了一种基于模糊数据融合技术的系统故障诊断方法。文献[17]构造了神经网络信息融合中心，对来自多传感器的残差信号进行了预处理和离散小波变换，使用改进BP算法对神经网络分类器训练以进行相应的故障模式识别。文献[18]利用不同采样速率多传感器观测对象，充分考虑多尺度、多信息融合状态估计精度和强跟踪滤波器理论在处理非线性系统时变参数与状态估计的能力，实现了变压器故障的在线诊断。3）信息融合技术在方面的应用遥感图像的信息融合能使各种空间、波谱和时间分辨率的图像纳入统一的时空内，融合构成一种新的图像，增加信息量，实现多种信息的互补，改善了图像的质量和有效性。文献〔19〕把同一目标的不同传感器获得的图像数据利用小波包变换进行融合，得到目标较为清晰的融合图像。文献〔20〕提出了一种针对SAR（合成孔径雷达）图像保留边缘的融合方法，在计算量不显著增加的前提下，提高了边缘检测的质量。在医学方面CT与NMR具有不同的成像机理，CT能够清晰表达骨骼信息，而NMR能够清晰表达软组织信息，文献[21]提出了一种新的基于小波变换的系数取大融合算法，从而既可清晰地表现骨组织信息，又可清晰地表现软组织信息，这对临床医学具有十分重要的意义。五、数据融合研究中的存在问题1）未形成基本理论框架和有效广义模型及算法虽然数据融合的研究已经相当广泛，但是自前对信息融合的研究都是根据问题的种类，各自建立融合准则，并在此基础上形成所谓最佳融合方案，而且目前很多研究工作是基础研究、仿真性工作。2）关联的二义性是数据融合中的主要障碍在进行融合处理前，必须对信息进行关联，以保证所融合的信息是来自同一目标。所以，信息可融合性的判断准则及如何进一步降低关联的二义性已成为融合研究领域亟待解决的问题。3）数据融合方法与融合系统实施问题数据融合系统的设计实施目前还存在许多实际的问题：传感器动态测量误差模型的建立、传感器系统优化、复杂动态环境下系统实时性、大型知识库的建立与管理、与其他领域的很多新技术的“嫁接与融合”，如人工智能技术、计算神经网络计算、遗传算法、进化计算、虚拟现实技术性等，这些尚无成熟理论。4）融合系统的容错性和稳健性没有得到很好的解决冲突（矛盾）信息或传感器故障所产生的错误信息等的有效处理，即系统的容错性或稳健性也是信息融合理论研究中必须考虑的问题。六、研究方向展望尽管信息融合技术20多年来已有了很大的发展，但仍然还有很多领域有待于进一步的研究与探索，目前主要包括：①多传感器分布检测研究分布式检测融合自提出至今已形成了比较完善的理论体系。目前对该领域的研究主要有：在各检测器性能时变的条件下，如何自适应估计各检测器性能并进行分布式检测融合是目前的一个方向;在信号参数模糊下的分布式检测融合问题：在信号参数随机变化下的分布式检测融合问题；微弱信号的检测融合问题。②异类多传感器信息融合技术研究异类多传感器信息融合由于具有时间不同步，数据率不一致及测量维数不匹配等特点，几因而具有很大的不确定性。在异类多传感器信息融合中，如何利用各传感器信息进行航迹起始，如何综合利用位置、动态及特征和属性参数改善目标跟踪性，如何合理利用互补信息以改善对目标的识别及如何实现检测跟踪的联合优化都是需要进一步研究和解决的问题。③传感器资源分配与管理技术研究多个传感器构成了多传感器系统的互补体系，因此必须按照某些工作准则适当地管理这些传感器，以便获得最优的数据采集性能。传感器管理的内容通常包括：空间管理、模式管理和时间管理。这一方面主要包括：传感器性能预测，传感器对目标的分配方法，传感器空间和时间作用范围控制准则，传感器配置和控制策略，传感器接口技术，传感器对目标分配的优先级技术，以及传感器指示和交接技术。③研究数据融合用的数据库和知识库，高速并行检索和推理机制利用大型空间数据库中数据和知识进行推理是融合系统过程中的关键任务，因此深人研究和探讨空间数据库的知识库，高速并行推理机制应成为未来的研究重点之一。七、结语综上所述，多传感器信息融合技术涉及到多学科、多领域，且具有多信息量、多层次、多手段等特点，并在机器人、故障诊断、等民用领域中，充分发挥了强大的信息处理优势，几乎一切需要信息处理的系统都可以应用信息融合，利用信息融合技术可得到比单一信息源更精确更完全的判断。随着科学技术的发展，尤其是人工智能技术的进步，数据融合的基础理论将更加完善，兼有稳健性和准确性的融合算法和模型将不断推出，研究数据融合的数据库和知识库也会取得重大进展。在将来，多传感器信息融合技术以军事应用为核心，将不断地向工业、农业等领域渗透，进而取得更为广泛的应用。
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导读：第一章自动控制系统基本概念，1.自动控制系统主要由哪些环节构成？各组成环节起什么作用？，答:自动控制系统主要有俩大部分组成，一部分是起控制作用的全套自动化装置，另一部分是受自动化装置控制的被控对象，答：闭环自动控制是指控制器与被控对象之间既有顺向控制又有反向联系的自动控制，开环控制系统是指控制器与被控对象之间只有顺向控制而没有反向联系的自动控制系统，但被控变量并不通过自动控制装置去影响操纵变量
第一章 自动控制系统基本概念
1.自动控制系统主要由哪些环节构成？各组成环节起什么作用？
答:自动控制系统主要有俩大部分组成。一部分是起控制作用的全套自动化装置，包括测量元件及变送器、控制器、执行器。另一部分是受自动化装置控制的被控对象。
测量元件及变送器作用是用来感受被控变量的变化并将它转化为一种特定的、统一的输出信号（如气压信号或电流、电压信号等）。控制器将检测元件及变送器送来的测量信号与工艺上需要保持的设定值信号进行比较得出偏差，根据偏差的大小及变化趋势，按预先设计好的控制规律进行运算后，将运算结果用特定的信号发送给执行器,执行器作用是接收控制器送来的控制信号，改变被控介质的流量，从而将被控变量维持在所要求的数值上或一定的范围内。
2.闭环控制系统与开环控制系统有什么不同？
答：闭环自动控制是指控制器与被控对象之间既有顺向控制又有反向联系的自动控制。
开环控制系统是指控制器与被控对象之间只有顺向控制而没有反向联系的自动控制系统。即操纵变量通过被控对象去影响被控变量，但被控变量并不通过自动控制装置去影响操纵变量。从信号传递关系上看，未构成闭合回路。
开环控制系统不能自动地觉察被控变量的变化情况，也不能判断操纵变量的校正作用是否适合实际需要。而闭环控制系统可以随时了解被控对象的情况，有针对性的根据被控变量的变化情况而改变控制作用的大小和方向。
3.什么是负反馈？负反馈在控制系统中有什么重要意义？
答:反馈信号的作用方向与设定信号相反，即偏差信号为两者之差，这种反馈叫做负反馈；
意义：当被空变量受到干扰的影响而升高时，只有负反馈才能是反馈信号升高，经过比较到控制器的偏差信号将降低，此时控制器将发出信号而使控制阀的开度发生变化，变化的方向为负，从而使被空变量下降到给定值，这样就达到了控制的目的。
4.什么是控制系统的静态与动态？为什么说研究系统的动态比研究静态更为重要？
答:在自动化领域内，把被控变量不随时间而变化的平衡状态称为控制系统的静态。
系统的动态是被控变量随时间而变化的不平衡状态。
在自动化生产中，了解研究控制系统的动态比其静态更为重要。因为在生产过程中干扰是客观存在的，是不可避免的。在扰动引起系统变动后就需要通过自动化装置不断地施加控制作用去对抗或或抵消干扰作用的影响，从而使被控装变量保持在工艺生产所要求控制的技术指标上。一个自动控制系统在正常工作时，总是处于一波未平，一波又起，波动不止，往复不息的动态过程。因此说研究动态比静态更有意义。
5.什么是自动控制系统的过渡过程？有哪些基本形式？
答:系统由一个平衡状态过渡到另一个平衡状态的过程称为系统的过渡过程。
有以下几种形式。①发散振荡过程；③等幅振荡过程；④衰减振荡过程；⑤，非周期衰减过程。
6.衰减振荡过程的品质指标有哪些？各自的含义？
答:衰减振荡过程的品质指标主要有：最大偏差、衰减比、余差、过渡时间、振荡周期(或频率)等。 最大偏差：在过渡过程中，被变控量偏离给定值的最大数值。
衰减比：过渡过程曲线上同方向第一个波的峰值与第二个波的峰值之比。
余差：当过渡过程终了时，被空变量所达到的新的稳态值与给定值之间的偏差。
过渡时间：从干扰作用发生的时刻起，直到系统重新建立新的平衡时止，过渡过程所经历的时间。 振荡周期：过渡过程同向两波峰之间的间隔时间叫振荡周期，其倒数称为振荡频率。
课本21. 某化学反应器工艺规定的操作温度为(900±10)℃。考虑安全因素，控制过程中温度偏离给定值最大不得超过80℃。现设计的温度定值控制系统，在最大阶跃干扰作用下的过渡过程曲线如图1-13所示。试求最大偏差、衰减比和振荡周期等过渡过程品质指标，并说明该控制系统是否满足题中的工艺要求。
解 由过渡过程曲线可知
最大偏差 A=950-900=50℃
第一个波峰值B=950-908=42℃
第二个波峰值B'=918-908=10℃
衰减比n=42:10=4.2
振荡周期 T=45-9=36min
余差 C=908-900＝8℃
过渡时间为 47min。
由于最大偏差为50℃，不超过80℃，故满足题中关于最大偏差的工艺要求。
第二章 过程特性及其数学模型
7.什么是对象的特性？为什么要研究对象特性？
答:对象特性是指用数学的方法来描述对象输入量与输出量之间的关系。
在生产过程中，存在着各种各样的对象。有的操作很稳定，操作很容易；有的对象则不然，只要稍不小心就会超越正常工艺条件，甚至造成事故。只有充分了解和熟悉这些对象，才能使工艺生产在最佳状态下运行。因此在控制系统设计时，首先也必须深入了解对象的特性，了解它的内在规律，才能根据工艺对控制质量的要求，设计合理的控制系统，选择合适的被空变量和操纵变量，选择合适的测量元件及控制器。在控制系统投入运行时，也要根据对象特性选择合适的控制器参数，使系统正常的运行。特别是一些比较复杂的控制方案设计，例如前馈控制计算机最优控制等更离不开对象特性的研究。
8.何谓对象的数学模型？静态数学模型与动态数学模型有什么区别？
答:定量地表达对象输入输出关系的数学表达式称为对象的数学模型。
静态数学模型描述的是对象在静态时的输入量与输出量之间的关系；动态数学模型描述的是对象在输入量改变以后输出量的变化情况。动态数学模型是在静态数学模型基础上的发展，静态数学模型是对象在达到平衡状态时的动态数学模型的一个特例。
9.建立对象的数学模型有什么重要意义？
? 控制系统的方案设计 ，对被控对象特性的全面和深入地了解，是设计控制系统的基础。
? 控制系统的调试和控制器参数的确定，离不开对被控对象特性的了解。
? 制定工业过程操作优化方案，这一命题解决离不开对被控对象特性的了解，而且主要是依靠对象的静
态数学模型。
? 新型控制方案及控制算法的确定，往往离不开被控对象的数学模型。
? 利用开发的数学模型可进行计算机仿真与过程培训系统。
? 设计工业过程的故障检测与诊断系统，利用开发的数学模型可以及时发现工业过程中控制系统的故障
及其原因，并能提供正确的解决途径
课本9.为什么说放大系数K是对象的静态特性？而时间常数T和滞后时间τ是对象的动态特性？
答:放大系数K反映的是对象处于稳定状态下的输出和输人之间的关系，所以放大系数是描述对象静态特性的参数。
时间常数T 是指当对象受到阶跃输入作用后，被控变量如果保持初始速度变化，达到新的稳态值所需的时间,是反映被控变量变化快慢的参数，因此它是对象的一个重要的动态参数。
滞后时间τ是指对象在受到输入作用后，被控变量不能立即而迅速地变化这种现象的参数。因此它是反映对象动态特性的重要参数。
10.何谓系统辨识和参数估计？
答:应用对象的输人输出的实测数据来确定其数学模型的结构和参数，通常称为系统辨识。在已知对象数学模型结构的基础上，通过实测数据来确定其中的某些参数，称为参数估计。
第三章 检测仪表与传感器
11.什么叫测量过程？
答 测量过程实质上是将被测参数与其相应的测量单位进行比较的过程。一般它都是利用专门的技术工具，即测量仪表将被测参数经过一次或多次的信号能量形式的转换，最后获得一种便于测量的信号能量形式，并由指针位移或数字形式显示出来。
12.何为测量误差？测量误差的表示方法主要有哪两种？各是什么意义？
答：在测量过程中，由于所使用的测量工具本身不够准确，观察者的主观性和周围环境的影响等等，使得测量的结果不能绝对准确。由仪表读得的被测值与被测量真值之间，总是存在一定的差距，这一差距就成为测量误差。主要有绝对误差和相对误差，绝对误差在理论上是指仪表指示值和被测量的真值之间的差值。相对误差等于某一点的绝对误差与标准表在这一点的指示值之比。
13.何谓仪表的精度等级？
答 仪表的精确度简称精度，是用来表示仪表测量结果的可靠程度。仪表的精度等级是将仪表允许相对百分误差的“±”号及“%”去掉后的数值，以一定的符号形式表示在仪表标尺板上。
14.什么叫压力？表压力、绝对压力、负压力之间有何关系 ？
答：压力指均匀垂直的作用在单位面积上的力。表压是绝对压力和大气压力之差，真空度是大气压力与绝对压力之差。课本39页图。
15.霍尔片式压力传感器是如何利用霍尔效应实现压力测量的？
答：霍尔片压力传感器是利用弹性元件的变形位移，然后再利用固接在弹性元件位移部分的霍尔片在磁场中移动，使通过霍尔片的磁感应强度发生变化，使所产生的霍尔电势与被测压力成比例。利用这一电势即可实现远距离显示和自动控制。
16.什么叫节流现象？流体经节流装置时为什么会产生静压差？
答 节流现象流体在有节流装置的管道中流动时，在节流装置前后的管壁处，流体的静压力产生差异的现象称为节流现象。
流体经节流装置时，由于流速发生变化，使流体的动能发生变化，根据能量守恒定律，动能的变化必然引起静压能变化，所以在流体流经节流装置时必然会产生静压差。
17.试述漩涡流量计的工作原理及特点？
答：旋涡流量计又称涡街流量计，它是利用流体自然振荡的原理制成的一种漩涡分离型流量计。当流体以足够大的流速流过垂直于流体流向的物体时，若该物体的几何尺寸适当，则在物体的后面，沿两条平行直线上产生整齐排列，转向相反的涡列，涡列的个数即涡街频率，和流体的速度成正比。因而通过测漩涡频率就可知道流体的流速，从而测出流体的流量。特点：精确度高、测量范围宽、没有运动部件、无机械磨损、维护方便、压力损失小、节能效果明显。
18.用热电偶测温时，为什么要进行冷端温度补偿？其冷端温度补偿的方法有哪几种？
答：采用补偿导线后，把热电偶的冷端从温度较高和不稳定的地方，延伸到温度较低和比较稳定的操作室内，但冷端温度还不是零。而工业上常用的各种热电偶的温度-热电势关系曲线是在冷端温度保持为零的情况下得到的，与它配套使用的仪表也是根据这一曲线进行刻度的。由于操作室的温度往往高于零，而且是不恒定的，这时热电偶产生的热电势必然偏小。且测量值也随着冷端温度变化而变化，这样测量结果就会产生误差。因此在应用热电偶测温时，只有将冷端温度保持为零，或者是进行一定的修正才能得出准确的测量结果。
冷端温度补偿的方法有以下几种：(1)冷端温度保持为0℃的方法；(2)冷端温度修正方法；(3)校正仪表零点法；(4)补偿电桥法；(5)补偿热电偶法。
19.试述热电偶温度计、热电阻温度计各包括那些元件和仪表？输入输出信号各是什么？
答： 热电偶温度计包括感温元件热电偶、补偿导线及铜线和测量仪表。热电偶温度计是把温度的变化通过测温元件热电偶转化为热电势的变化来测量温度的，所以输入信号是温度、输出信号是热电势。
热电阻温度计包括感温元件热电阻、连接导线和显示仪表。热电阻温度计是把温度的变化通过测温元件热电阻转化为电阻值的变化来测量温度的，所以输入信号是温度、输出信号是电阻值。
20.热电偶的结构与热电阻的结构有什么不同？
答：热电偶结构型式有普通型、铠装型、表面型和快速型四种，热电阻的结构型式有普通型、铠装型、薄膜型三种。普通型热电偶由热电极、绝缘管、保护套管和接线盒等主要部分组成，普通型热电阻由电阻体、保护套管和接线盒等主要部分组成，其中保护套管和接线盒与热电偶的基本相同，中心元件电阻体与热电偶的热电极不同。铠装型热电偶的结构与铠装型热电阻的结构完全不同。
课本50.什么是液位测量时的零点迁移问题？怎样进行迁移？其实质是什么？
答：在使用差压变送器测量液位时，一般压差P与液位高度H之间的关系为：P=pgH。这就是一般的无迁移的情况。当H=0时，作用在正负压室的压力是相等的。实际应用中，由于安装有隔离罐、凝液罐，或由于差压变送器安装位置的影响等，使得在液位测量中，当被测液位H=0时，差压变送器正负室的压力并不相等，即P=0,这就是液位测量时的零点迁移问题。
为了进行零点迁移，可调节仪表上的迁移弹簧，使得当液位H=0时，尽管差压变送器的输入信号p不等于零，但变送器的输出为最小值，抵消固定压差的作用，此为零点迁移方法。
零点迁移实质是变送器零点的大范围调整，改变侧量范围的上下限，相当于测量范围的平移，而不改变量程的大小。
课本62.用K热电偶测某设备的温度，测得的热电势为20mV，冷端(室温)为25℃，求设备的温度？如果改用E热电偶来测温时，在相同的条件下，E热电偶测得的热电势为多少？
解((1)当热电势为20mV时，此时冷端温度为25℃，即
E(t,t0)?20mV
E(t0,0)?E(25,0)?1mV
E(t,0)?E(t,t0)?E(t0,0)?20?1?21mV
由此电势，查表可得t=509℃，即设备温度为509℃。
(2)若改用E热电偶来测温时，此时冷端温度仍为25℃。查表可得
E(t0,0)?E(25,0)?1.5mV
设备温度为509℃，查表可得
E(t,0)?E(509,0)?37.7mV
E(t,t0)?E(t,0)?E(t0,0)?37.7?1.5?36.2mV
即E热电偶测得的热电势为36.2mV。
课本64.测温系统如图3-17所示。请说出这是工业上用的哪种温度计？已知热电偶的分度号为K，但错用与E配套的显示仪表，当仪表指示为160℃时，请计算实际温度tx为多少度？(室温为25℃)
测温系统图
解 这是工业上用的热电偶温度计。查分度号E，可得160℃时的电势为10501μV，这电势实际上是由K热电偶产生的，即
E(tx,25)?10501?V
?V，由此可见， 查分度号K，可得E(20,0)?1000
E(tx,0)?E(tx,25)?E(25,0)??11501?V
由这个数值查分度号K，可得实际温度tx=283℃。
自动控制仪表
21.什么是控制器的控制规律？控制器有哪些基本控制规律？各自表达式？
答： 所谓控制器的控制规律是指控制器的输出信号p与输人偏差信号e之间的关系，即 p?f(e)?f(z?x)
常用的控制规律有位式控制、比例控制(P)、积分控制(I)、微分控制(D)以及它们的组合控制规律，例PI, PD, PID等。 表达式：
p?KP(e?KI?edt)
p?KP(e?TDdtdtp?KP(e?1deedt?T) D?TIdt
22.试分析比例、积分、微分控制规律各自的特点。
答：比例控制器的特点是反应快、控制及时。有偏差信号输入时，输出立刻与它成比例变化，偏差越大输出的控制作用越强。但有余差存在，故只在对被空变量要求不高的场合才能单独使用。
积分控制器的特点是控制缓慢，但能消除余差。
微分控制规律的特点是有一定的超前控制作用，能抑制系统振荡，增加稳定性，但它的输出不能反映偏差的大小，因而控制结果不能消除偏差，所以不能单独使用。
23.什么是控制阀的流量特性及工作流量特性？
答 控制阀的流量特性是指被控介质流过阀门的相对流量与阀门的相对开度（或相对位移）之间的关系。在实际生产中，控制阀前后压差总是变化的，这时的流量特性成为工作流量特性。
包含总结汇报、资格考试、旅游景点、出国留学、党团工作、外语学习以及化工仪表及自动化作业参考答案等内容。本文共2页
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